Estimation of Coal and Rock Mechanical Properties for Numerical Modelling of Longwall Extraction

• Autorzy: Le Tien Dung , Nguyen Chi Thanh , Dao Van Chi

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-02-07

Warianty tytułu

PL

Szacowanie właściwości mechanicznych węgla i skał do numerycznego modelowania eksploatacji ścian

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Reliable estimation of coal and rock mechanical properties at field scale is a prerequisite for numerical modelling of rock behaviours associated with longwall extraction. This paper describes a systematic approach from data collection, laboratory testing to rock mass properties derivation for simulation of longwall extraction, taking two longwall panels at Quang Ninh coalfield in Vietnam for example. The mechanical properties are verified through comparison with published data of the field, indicating close agreements. A simple numerical model is further developed to demonstrate the proper use of the obtained data. The simulation suggests that the ratio of model length to excavation length should be in the range of 2.5–5; uniaxial compressive strength, deformation modulus and tensile strength can be reduced by a factor of 5.0, 2.13 and 2.0, respectively; and a calibration and validation process must be performed to match in-situ longwall’s behaviours. The approach can be applied for derivation of reliable rock mass properties for numerical simulation of underground excavations.

PL

Rzetelne oszacowanie właściwości mechanicznych węgla i skał w skali polowej jest warunkiem koniecznym do numerycznego modelowania zachowań skał związanych z eksploatacją ścianową. W artykule, opisano systematyczne podejście od gromadzenia danych, badań laboratoryjnych do wyznaczania właściwości górotworu w celu symulacji eksploatacji ścian, na przykład na dwóch panelach ścianowych na polu węglowym Quang Ninh w Wietnamie. Właściwości mechaniczne są weryfikowane poprzez porównanie z opublikowanymi danymi polowymi, wskazując na bliskie uzgodnienia. Dalej rozwijany jest prosty model numeryczny w celu zademonstrowania właściwego wykorzystania uzyskanych danych. Symulacja sugeruje, że stosunek długości modelu do długości wykopu powinien zawierać się w przedziale 2,5–5; jednoosiową wytrzymałość na ściskanie, moduł odkształcenia i wytrzymałość na rozciąganie można zmniejszyć odpowiednio o współczynnik 5,0, 2,13 i 2,0; oraz należy przeprowadzić proces kalibracji i walidacji, aby dopasować zachowanie ściany na miejscu. Podejście to można zastosować do wyprowadzenia wiarygodnych właściwości górotworu do numerycznej symulacji podziemnych wyrobisk.

Słowa kluczowe

EN

laboratory testing; rock mass properties; strength reduction; field scale modelling

PL

badanie laboratoryjne; właściwości górotworu; redukcja wytrzymałości; modelowanie polowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 2, vol. 1
• Strony: 41--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., zdj.

Twórcy

autor

Le Tien Dung

• Department of Underground Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Nguyen Chi Thanh

• Department of Underground Construction and Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

autor

Dao Van Chi

• Department of Underground Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Hanoi, Vietnam

Bibliografia

• 1. ALEJANO, L. R., TABOADA, J., GARCÍA-BASTANTE, F. & RODRIGUEZ, P. 2008. Multi-approach back-analysis of a roof bed collapse in a mining room excavated in stratified rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 45, 899-913.
• 2. COGGAN, J., GAO, F., STEAD, D. & ELMO, D. 2012. Numerical modelling of the effects of weak immediate roof lithology on coal mine roadway stability. International Journal of Coal Geology, 90–91, 100-109.
• 3. CONTROLS S.P.A. 2020. Rock mechanics testing equipment [Online]. Available: https://www.controls-group.com/eng/rock-mechanics-testing-equipment/ [Accessed 12 May 2020].
• 4. DEISMAN, N., MAS IVARS, D., DARCEL, C. & CHALATURNYK, R. J. 2010. Empirical and numerical approaches for geomechanical characterization of coal seam reservoirs. International Journal of Coal Geology, 82, 204-212.
• 5. ELMO, D., ROGERS, S. & KENNARD, D. Characterization of natural fragmentation using a discrete fracture network approach and implications for current rock mass classification systems. In: ESTERHUIZEN, G. S., MARK, C., KLEMETTI, T. M. & TUCHMAN, R. J., eds. International Workshop on Numerical Modeling for Underground Mine Excavation Design, 2009 Centers for Disease Control and Prevention, Pittsburgh, PA. 29-39.
• 6. GALVIN, J. M. 2016. Ground engineering - Principles and practices for underground coal mining, Cham, Springer International Publishing.
• 7. GAO, F. Q. & KANG, H. P. 2016. Effects of pre-existing discontinuities on the residual strength of rock mass – Insight from a discrete element method simulation. Journal of Structural Geology, 85, 40-50.
• 8. HOEK, E. & BROWN, E. T. 1997. Practical estimates of rock mass strength. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34, 1165-1186.
• 9. ITASCA CONSULTING GROUP 2019. UDEC – Universal Distinct Element Code, Ver. 7.0. Minneapolis.
• 10. LE, T. D., OH, J., HEBBLEWHITE, B., ZHANG, C. & MITRA, R. 2018. A discontinuum modelling approach for investigation of Longwall Top Coal Caving mechanisms. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 106, 84-95.
• 11. MCNALLY, G. H. Estimation of the geomechanical properties of coal measures rocks for numerical modelling. In: MCNALLY, G. H. & WARD, C. R., eds. Symposium on Geology in Longwall Mining, 1996 Sydney. The University of New South Wales, 63-72.
• 12. MOHAMMAD, N., REDDISH, D. J. & STACE, L. R. 1997. The relation between in situ and laboratory rock properties used in numerical modelling. Int. Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 34, 289-297.
• 13. PIERCE, M., MAS IVARS, D., POTYONDY, D. & CUNDALL, P. A. A Synthetic Rock Mass Model for
• 14. Jointed Rock. In: EBERHARDT, STEAD & MORRISON, eds. Rock Mechanics: Meeting Society's Challenges and Demands, 2007. London: Taylor & Francis Group, 341-349.
• 15. SAKURAI, S. 1993. Back analysis in rock engineering, CRC Press.
• 16. SHEOREY, P. R. 1994. A theory for in situ stresses in isotropic and transversely isotropic rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 31, 23-34.
• 17. SINGH, G. S. P. & SINGH, U. K. 2009. A numerical modeling approach for assessment of progressive caving of strata and performance of hydraulic powered support in longwall workings. Computers and Geotechnics, 36, 1142-1156.
• 18. STARFIELD, A. M. & CUNDALL, P. A. 1988. Towards a methodology for rock mechanics modelling. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 25, 99-106.
• 19. VIETNAM INSTITUTE OF MINING SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016. Investment and mining project for level 0 -:- -175 Vang Danh site, Vang Danh coal mine. Vietnam Institute of Mining Science and Technology.
• 20. VINACOMIN INDUSTRY INVESTMENT CONSULTING JOINT STOCK COMPANY 2013. Project on investment and extraction of Ha Lam coal mine for level below -50. Hanoi: Vinacomin Industry Investment Consulting Joint Stock Company.
• 21. WILES, T. D. 2006. Reliability of numerical modelling predictions. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43, 454-472.
• 22. WILSON, A. H. 1983. The stability of underground workings in the soft rocks of the Coal Measures. International Journal of Mining Engineering, 1, 91-187.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).